工程教育認(rèn)證視角下的課程教學(xué)改革與達(dá)成評價
——以“工程力學(xué)”為例

趙新濤 （河南工程學(xué)院資源與安全工程學(xué)院，河南 鄭州 451191）

1 前言

為提升工科專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力，河南工程學(xué)院持續(xù)推行工程教育認(rèn)證模式，對最基本、最重要的教學(xué)單元提出了全新要求，與傳統(tǒng)模式大不相同。新要求以工程教育認(rèn)證理念為導(dǎo)向，以課程目標(biāo)的邏輯支撐關(guān)系為核心，以高質(zhì)量達(dá)成課程目標(biāo)為目的[1-3]，對課程教學(xué)進(jìn)行全方位改革。

針對培養(yǎng)方案，組織任課教師研討畢業(yè)要求及指標(biāo)點(diǎn)分解、課程體系設(shè)置、課程目標(biāo)的邏輯支撐關(guān)系、教學(xué)環(huán)節(jié)的支撐權(quán)重等，形成了較為成熟的可衡量、可評價的畢業(yè)要求實現(xiàn)矩陣。整體教學(xué)計劃根據(jù)畢業(yè)要求實現(xiàn)矩陣制定，此矩陣是專業(yè)教學(xué)與發(fā)展的核心。

在畢業(yè)要求實現(xiàn)矩陣框架下，基于工程教育認(rèn)證理念，參照金課標(biāo)準(zhǔn)，工程力學(xué)課程教學(xué)小組對課程教學(xué)進(jìn)行了理念性改革。具體改革體現(xiàn)在課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程考核四方面，每完成一輪教學(xué)，對課程目標(biāo)達(dá)成情況均進(jìn)行科學(xué)合理的評價。

2 基于工程教育認(rèn)證的教學(xué)改革

2.1 課程目標(biāo)改革

在工程教育認(rèn)證背景下，課程目標(biāo)應(yīng)依據(jù)該課程支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)制定，各指標(biāo)點(diǎn)之間有合理的邏輯支撐關(guān)系和內(nèi)容遞進(jìn)關(guān)系。

“工程力學(xué)”課程共設(shè)置4 個課程目標(biāo)。

①掌握靜力學(xué)公理、速度與加速度合成、內(nèi)力、拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲等基本知識與基本理論。

②能夠運(yùn)用物體系統(tǒng)受力分析、速度與加速度合成、拉伸應(yīng)力與變形、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力與變形等基本理論對結(jié)構(gòu)受力、機(jī)構(gòu)運(yùn)動、桿件強(qiáng)度與變形的復(fù)雜工程力學(xué)問題進(jìn)行分析與計算。

③能夠運(yùn)用工程力學(xué)的基本知識與基本理論對安全工程及相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)涉及物體系統(tǒng)受力與機(jī)構(gòu)運(yùn)動、材料受力及變形的復(fù)雜工程力學(xué)問題進(jìn)行基本分析與解決。

④能夠設(shè)計材料單軸拉伸與壓縮、材料剪切等實驗方案，在此基礎(chǔ)上獨(dú)立開展實驗，并能正確采集實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果，得到有效結(jié)論。

課程目標(biāo)要求學(xué)生熟練掌握基本知識與理論，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用基本理論分析與解決實際工程問題，并能獨(dú)立設(shè)計與進(jìn)行實驗、分析實驗結(jié)果。既有基礎(chǔ)要求又有高階能力要求，注重學(xué)生知識獲取與工程能力（工程思維與解決工程問題能力）培養(yǎng)，體現(xiàn)了產(chǎn)出導(dǎo)向。

除了知識及能力目標(biāo)外，還需注重課程思政教育。本課程的思政教育目標(biāo)為：介紹與本課程相關(guān)的我國代表性工程，增強(qiáng)學(xué)生民族自信心與國家榮譽(yù)感，提升專業(yè)滿意度；根據(jù)授課內(nèi)容，適時講述學(xué)者生平事跡與貢獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生持之以恒、勇于鉆研的科學(xué)精神；組織討論創(chuàng)新工程案例，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神及創(chuàng)新思維與能力；分析失敗工程案例，對學(xué)生進(jìn)行警示教育，樹立工程職業(yè)道德與社會責(zé)任感；探討學(xué)科熱點(diǎn)及未來發(fā)展方向，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)心國家科技發(fā)展、放眼未來世界的精神和意識。

2.2 教學(xué)內(nèi)容改革

每部分教學(xué)內(nèi)容均增加工程案例并設(shè)置思政教育切入點(diǎn)，大幅度增加學(xué)生討論的比例，培養(yǎng)學(xué)生將實際工程力學(xué)問題抽象為力學(xué)模型并加以解決問題的能力。教材留有一部分較為深入的內(nèi)容供有潛力的學(xué)生自學(xué)，例如：靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計、奇異函數(shù)、梁撓曲線的初參數(shù)方程等，既滿足全體學(xué)生的學(xué)習(xí)需求又兼顧學(xué)生個體差異。教學(xué)內(nèi)容不應(yīng)局限于教材，應(yīng)根據(jù)學(xué)科及專業(yè)發(fā)展適時調(diào)整，適當(dāng)融入教師科研的基本內(nèi)容，比如：基樁承載力與變形問題、礦山開采中的巖層控制問題等；適當(dāng)增加學(xué)科前沿?zé)狳c(diǎn)探討，比如：新興材料力學(xué)性能等，以拓寬學(xué)生視野，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)與探索興趣。除完成規(guī)定的實驗外，以開放實驗方式增加一些實驗，引導(dǎo)學(xué)生以團(tuán)隊形式自主設(shè)計、合作開展實驗、分析實驗結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力與初步科研能力。以工作實際需求、后續(xù)專業(yè)課需求為原則，針對教學(xué)內(nèi)容，對已學(xué)過該課程的在校生、專業(yè)課任課教師、畢業(yè)2～5 年的畢業(yè)生、用人單位展開調(diào)查，整理反饋意見，經(jīng)課程教學(xué)團(tuán)隊集中研討后，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，并修訂教學(xué)大綱，每兩年進(jìn)行一次。

教學(xué)內(nèi)容設(shè)置要能夠支撐達(dá)成高質(zhì)量課程目標(biāo)，且教學(xué)內(nèi)容與先修和后續(xù)課程緊密銜接而不重復(fù)，注重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程力學(xué)問題的能力。

2.3 教學(xué)方法改革

科學(xué)的教學(xué)方法可以保證良好的教學(xué)效果，實現(xiàn)課程目標(biāo)的有效達(dá)成，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，推進(jìn)課程OBE理念的執(zhí)行力度。

為實現(xiàn)課程目標(biāo)，提高學(xué)生分析與計算能力，本課程根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容，恰當(dāng)采用翻轉(zhuǎn)課堂、案例討論、啟發(fā)教學(xué)、分組討論及展示、實驗教學(xué)等教學(xué)方法，實際應(yīng)用效果良好。例如：拉壓應(yīng)力知識點(diǎn)，教師簡要講解后，采用翻轉(zhuǎn)課堂、案例討論方法，引導(dǎo)學(xué)生主動參與，評析例題、討論工程實例；桿件扭轉(zhuǎn)基本理論講授后，引導(dǎo)學(xué)生在校園內(nèi)尋找工程實例，在課堂上分組討論探究，將理論學(xué)習(xí)與實踐應(yīng)用相結(jié)合。引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與討論，能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。

教學(xué)方法的多樣化，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動其主動參與課堂的積極性，培養(yǎng)他們將實際工程力學(xué)問題抽象為合理力學(xué)模型的工程思維潛力，真正獲得解決實際工程力學(xué)問題的能力[4-7]。

2.4 課程考核改革

課程考核是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)成果（即實際掌握知識與獲取能力）的最有效方法，為評價課程目標(biāo)達(dá)成情況提供重要數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確評估OBE 教育理念的實際執(zhí)行效果。課程考核包括過程考核、實驗考核、期末考核，為了實現(xiàn)課程考核目標(biāo)，基于工程教育認(rèn)證模式引領(lǐng)，對過程考核、實驗考核、期末考核進(jìn)行了理念性改革。

通過課堂表現(xiàn)（提問與討論、課堂小測驗等）、課程作業(yè)（普通作業(yè)、研究報告等）實施過程考核，按照占比40%、60%，采用百分制量化成績。內(nèi)容按照課程目標(biāo)科學(xué)設(shè)置，課堂表現(xiàn)和課程作業(yè)成績根據(jù)其對應(yīng)的內(nèi)容按比例形成。研究報告聚焦某實際工程力學(xué)問題或評述當(dāng)前研究熱點(diǎn)問題，等同于課程大作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生基本的科研能力與解決復(fù)雜工程力學(xué)問題的能力?？记谇闆r不計入成績，作為確定學(xué)生是否具有參加期末考試資格的依據(jù)材料。科學(xué)制定課堂提問與討論、課堂小測驗、課程作業(yè)及研究報告的評分標(biāo)準(zhǔn)，保證了過程性評價的合理性。過程考核由多項內(nèi)容綜合組成，能多維度考核學(xué)生在學(xué)習(xí)全過程中的成果，體現(xiàn)了過程考核的科學(xué)性。

從實驗預(yù)習(xí)情況、實驗表現(xiàn)、實驗報告三個方面進(jìn)行實驗考核，科學(xué)制定評分標(biāo)準(zhǔn)，采用百分制，按照占比30%、40%、30%形成實驗考核成績?？己藘?nèi)容注重實驗原理的理解程度、實驗設(shè)計與動手操作技能、實驗數(shù)據(jù)分析及獲得結(jié)論的情況，能有效檢驗學(xué)生理論學(xué)習(xí)與實踐操作相結(jié)合的能力。為鼓勵學(xué)生自主設(shè)計、開展實驗，培養(yǎng)其思維和綜合實踐能力，對預(yù)期完成者進(jìn)行加分獎勵，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

期末考核采取考試形式，根據(jù)課程目標(biāo)內(nèi)容進(jìn)行命題?？己酥R點(diǎn)應(yīng)系統(tǒng)而全面，試題應(yīng)降低陳舊性題目比例，增加與實際結(jié)合緊密且具有一定難度的靈活性題目，嘗試增加少量開放性、前沿性的題目，考核學(xué)生能解決復(fù)雜工程力學(xué)問題的綜合能力，對課程教學(xué)起到導(dǎo)向作用，使課程逐步符合“兩性一度”的金課標(biāo)準(zhǔn)。試題分值比例，視各課程目標(biāo)的重要性而定，充分體現(xiàn)課程目標(biāo)達(dá)成情況的有效評價。

課程綜合成績按照20%、20%、60%的比例，由過程考核成績、實驗考核成績、期末考核成績?nèi)糠纸M成，與此前相比較，降低了期末考核成績比例，增加了過程考核與實驗考核成績比例，降低了部分學(xué)生考試發(fā)揮失常風(fēng)險程度，更能檢驗學(xué)生的真實學(xué)習(xí)成果。在特殊情況下，課程考核方式可靈活采用線下線上（“學(xué)習(xí)通”“雨課堂”等平臺）相結(jié)合的方式，逐步增加線上考核比例，充分利用線上平臺及相關(guān)軟件功能，提升線上考核的真實度。

3 課程目標(biāo)達(dá)成情況評價

實施課程教學(xué)改革，應(yīng)有效評價課程目標(biāo)達(dá)成情況，以保證教學(xué)質(zhì)量。課程目標(biāo)達(dá)成情況評價是教學(xué)質(zhì)量評價體系中的最基本要素。教學(xué)中，采用定量評價法、半定性半定量評價法（即考核成績評價法、學(xué)生自評法），取得了很好的教學(xué)效果。

3.1 考核成績評價法

考核成績評價法是最為直接的評價方法，評價依據(jù)是該課程對應(yīng)的某級某專業(yè)學(xué)生的全部考核數(shù)據(jù)，具有較強(qiáng)的客觀性[6-7]。目標(biāo)分值表示對應(yīng)項的滿分，平均得分表示學(xué)生在該項的平均得分，達(dá)成度為平均得分/目標(biāo)分值；期末考試權(quán)重為0.6、課堂表現(xiàn)為0.2、課程作業(yè)為0.2；課程目標(biāo)O4 對應(yīng)實驗操作與數(shù)據(jù)分析能力，則課程實驗權(quán)重為0.6、期末考試為0.2、課堂表現(xiàn)為0.2。每項課程目標(biāo)的各考核方式的權(quán)重和為1；達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)一般設(shè)定為0.6。

課程目標(biāo)達(dá)成度按下式計算：

以最近完成課程考核的2020 級安全工程專業(yè)為例，期末考試閱卷結(jié)束后，對過程考核、實驗考核、期末考核成績進(jìn)行分類統(tǒng)計計算，得出相應(yīng)數(shù)據(jù)、進(jìn)行評價計算，見表1所示。

表1 課程目標(biāo)達(dá)成情況評價

3.2 學(xué)生自評法

學(xué)生自評法屬于間接評價方法，能起到輔助評價的作用。期末考試結(jié)束后，向參與學(xué)習(xí)和考核的學(xué)生發(fā)放調(diào)查問卷，讓學(xué)生根據(jù)自身實際情況如實填寫，調(diào)查統(tǒng)計每位學(xué)生對每項課程目標(biāo)的達(dá)成情況。每項課程目標(biāo)自我評價滿分為10 分，分為五個等級，即“完全達(dá)成、達(dá)成、較達(dá)成、基本達(dá)成、未達(dá)成”，依次對應(yīng)分值為“10、8.5、7.5、6.5、5.5”。以“某項課程目標(biāo)自我評價平均得分/該項滿分”作為學(xué)生在某項課程目標(biāo)的自我評價結(jié)果。

對收回的調(diào)查問卷進(jìn)行統(tǒng)計，完成學(xué)生自我評價分析。見表2，達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)同考核成績評價法。

表2 學(xué)生自評結(jié)果

由表2 可知，學(xué)生自評結(jié)果均高于考核成績評價結(jié)果，是由于學(xué)生自評具有一定的主觀性。

3.3 評價結(jié)果分析

將兩種評價方法的評價結(jié)果匯總在一起，見圖1。

圖1 課程目標(biāo)達(dá)成情況評價結(jié)果

由圖1 可以看出：兩種評價結(jié)果反映的規(guī)律具有一致性，說明評價結(jié)果具有信服力，基于考核成績評價法及學(xué)生自評法的各項課程目標(biāo)達(dá)成度均大于0.6，該課程達(dá)成效果較好，說明本輪教學(xué)質(zhì)量達(dá)到了如期效果；課程目標(biāo)O1、O4 達(dá)成效果較好，說明學(xué)生對基本知識、基本理論的掌握程度較好，并具有一定的實驗操作、實驗數(shù)據(jù)采集及分析能力；課程目標(biāo)O2、O3 達(dá)成度稍低，說明學(xué)生在分析計算能力和解決復(fù)雜工程力學(xué)問題能力方面還存在不足，有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

課程教學(xué)小組在每輪教學(xué)過程中采取定期與隨機(jī)方式召開研討會，探討教學(xué)中需要解決的細(xì)節(jié)問題，以改進(jìn)教學(xué)方法。除此之外，針對下一輪教學(xué)制定如下措施。

①詳細(xì)講解基本理論及應(yīng)用、重難點(diǎn)、典型習(xí)題，增加計算型題目作業(yè)量和課后輔導(dǎo)次數(shù)。

②提高課堂提問、課程作業(yè)的難度及綜合度，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗。

③增加工程案例討論的廣度及深度，隨機(jī)分組進(jìn)行，總結(jié)討論的內(nèi)容及結(jié)論形成大作業(yè)（研究報告），要求在大作業(yè)中從專業(yè)知識角度提出自己的見解。

④加強(qiáng)課程過程教學(xué)的嚴(yán)格把控，對課堂表現(xiàn)較差的學(xué)生多提問，課程作業(yè)完成較差的學(xué)生退回重做，課程實驗完成較差的學(xué)生重做實驗。

⑤按照課程目標(biāo)重要度和教學(xué)內(nèi)容（知識點(diǎn)）要求合理分配分值，適當(dāng)減少基本性題目，增加綜合性題目，加強(qiáng)工程問題解決能力的考核。

4 課程教學(xué)改革成果

實施“工程力學(xué)”課程教學(xué)改革，取得了一些教學(xué)成果。學(xué)生的期末考試成績平均值較以前提升了7～12 分；選擇力學(xué)類課程作為考研專業(yè)課的學(xué)生人數(shù)明顯增多；考研成績平均值較以前提升了10～15 分；大創(chuàng)項目立項2 項，獲學(xué)科競賽二等獎2 項；任課教師獲得校級教學(xué)技能競賽一等獎2 項，校級教研項目立項2 項；獲得校級一流本科課程建設(shè)立項。

根據(jù)取得的教學(xué)成果制定了下一步工作計劃，即依據(jù)學(xué)生實際能力及專業(yè)實際情況及特色，編寫教材一部；積極申請省級一流本科課程；繼續(xù)提升學(xué)生的力學(xué)理論水平、工程實踐能力及力學(xué)素養(yǎng)。

5 結(jié)論

通過實踐探討，提煉了四條專業(yè)知識及能力課程目標(biāo)，課程目標(biāo)從基礎(chǔ)知識、知識應(yīng)用、實踐應(yīng)用依次遞進(jìn)。并根據(jù)課程特色設(shè)置了課程思政教育目標(biāo)。

每部分教學(xué)內(nèi)容均增加了工程案例，并設(shè)置了思政教育切入點(diǎn)，適當(dāng)植入了教師科研的基本內(nèi)容及學(xué)科前沿?zé)狳c(diǎn)，增加了開放性實驗，兩年一周期調(diào)研調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

合理采用翻轉(zhuǎn)課堂、案例討論等教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與討論、充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。

課程考核呈現(xiàn)多元化且評分標(biāo)準(zhǔn)合理，考核內(nèi)容按照課程目標(biāo)設(shè)置，能有效檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

考核成績評價法及學(xué)生自評法評價結(jié)果均表明各項課程目標(biāo)達(dá)成效果良好，并針對達(dá)成弱項制定了具體措施。